Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

Introducere

Informații generale despre combustibil

Clasificarea combustibilului

Proprietățile combustibilului

Conceptul de combustibil convențional

Procese de ardere

Arderea combustibilului gazos

Arderea combustibilului solid

Arderea combustibilului lichid

Concluzie

Referințe

combustibil care arde volatil

Introducere

Rolul combustibilului în economia națională este mare și este în continuă creștere. Întreprinderi moderne ingineria mecanică sunt cei mai mari consumatori de energie și resurse energetice, în special un tip de energie precum combustibilul. Combustibilul joacă un rol foarte important în viața umană, deoarece combustibilul satisface în mare măsură nevoile umane. De exemplu, gazul. Ne încălzim casele cu gaz și gătim alimente pe aragaz. Mulți șoferi trec de la benzină la benzină pentru că este mai ieftină. Combustibili solizi precum cărbunele și lemnul sunt, de asemenea, folosiți pentru încălzirea caselor, în principal cele rurale, și a băilor.

Principala sursă de combustibili lichizi este petrolul. Pentru mai mult utilizare rațională uleiul este distilat în componente individuale (fracții). Pentru a face acest lucru, este încălzit la diferite temperaturi, iar vaporii rezultați în anumite limite de temperatură sunt răciți (condensați). În acest fel se produc diverse benzine, nafta, kerosen, motorină și păcură uzată, care sunt folosite în industrie.

Scopul acestui eseu este de a analiza esența combustibilului, varietățile acestuia, aplicarea acestuia și, de asemenea, să ia în considerare principalele procese de ardere a combustibililor lichizi, solizi și gazoși.

Informații generale despre combustibil

În prezent, principala sursă de energie de pe pământ este energia combustibilului chimic. Combustibilii fosili naturali reprezintă 70 până la 80% din toată energia consumată.

Combustibilul este o substanță care, atunci când este arsă, eliberează o cantitate semnificativă de căldură și este folosită ca sursă de energie. Combustibilul poate fi natural, găsit în natură, sau artificial, obținut prin prelucrarea combustibilului natural.

Combustibilul este format din părți combustibile și neinflamabile. În combustibilul solid, partea combustibilă conține cinci elemente: carbon, hidrogen, sulf, oxigen și azot. Carbonul, hidrogenul și sulful combustibil participă la arderea combustibilului, iar azotul și oxigenul alcătuiesc balastul părții combustibile (balast intern de combustibil). Partea incombustibilă (balast extern) include substanțe anorganice care se transformă în cenușă și umiditate după arderea combustibilului. Cenușa este un reziduu mineral obținut în timpul arderii complete a combustibilului. Compoziția sa include următorii oxizi: MgO, CaO, Na2O, K2O, FeO, Fe2O3 etc. Cenușa refractară (cu un punct de topire peste 1425 °C) este o masă în vrac ușor de îndepărtat, cenușă cu punct de topire scăzut (cu un punct de topire mai jos). 1200 °C) - reziduu solid (zgură) sub formă de masă lipicioasă continuă sau bucăți individuale. Umiditatea este împărțită în exterioară și internă. Umiditatea externă este rezultatul umidității din mediu care intră în combustibil. Umiditatea externă este îndepărtată prin uscarea combustibilului. Umiditatea internă este împărțită în higroscopică (fiind într-o stare adsorbită cu suprafața particulelor de combustibil) și hidratată (parte din moleculele anumitor compuși, adică legată chimic).

Combustibilii solizi și lichizi sunt un complex de compuși organici și minerali complecși și constau din părți combustibile și incombustibile.

Structura moleculară și chimică a părții combustibile nu a fost studiată suficient și până acum nu poate fi descifrată în detaliu. Ca urmare, compoziția chimică a părții combustibile este extrem de dificil de determinat. Structura și compușii chimici incluși în partea incombustibilă, dimpotrivă, au fost studiate suficient de detaliat.

Combustibilii organici solizi și lichizi se caracterizează prin compoziția lor elementară, care este reprezentată în mod convențional ca suma tuturor elemente chimiceși compuși incluși în combustibil. Mai mult, conținutul lor este dat ca procent din masa a 1 kg de combustibil. Compoziția elementară nu oferă o idee despre structura moleculară și chimică a combustibilului. Pentru combustibilii solizi și lichizi, compoziția elementară poate fi scrisă după cum urmează:

C + H + Sл + O + N + A + W = 100%

Partea combustibilă a combustibilului include carbon, hidrogen și sulf (volatil). Sulful volatil Sl este sulf care face parte din compușii organici și din piritele de sulf FeS2.

Când se studiază proprietățile combustibililor solizi și lichizi, se disting masele lor de lucru, uscate, combustibile și organice. Compoziției fiecărei mase i se atribuie un indice corespunzător: de lucru - p, uscat - s, combustibil - g și organic - o.

Combustibilul în forma în care este furnizat consumatorului și supus arderii se numește lucru, iar masa și compoziția sa elementară se numesc masă de lucru și respectiv compoziție de lucru. Compoziția elementară a masei de lucru este scrisă după cum urmează:

Masa uscată a combustibilului, spre deosebire de masa de lucru, nu conține umiditate și poate fi reprezentată de egalitatea:

Conținutul de cenușă al combustibilului este întotdeauna verificat numai de greutatea uscată a combustibilului.

Compoziție combustibilă Combustibilul nu conține balast extern, adică umiditate și cenușă și poate fi scris după cum urmează:

Denumirea „masă combustibilă” este condiționată, deoarece singurele sale elemente cu adevărat combustibile sunt C, H și Sl. Compoziția masei combustibile a combustibilului fosil depinde de natura și condițiile de origine a combustibilului, precum și de vârsta sa geologică (adică, adâncimea transformărilor ireversibile care au avut loc în substanțele organice).

Conținutul de carbon din combustibilul solid crește odată cu vârsta geologică, iar conținutul de hidrogen scade De exemplu, conținutul de carbon din turbă este Cg = 50÷60%, în cărbune brun C = 60 ÷75%, în cărbune Sg = 75÷90%. Odată cu scăderea vârstei geologice, conținutul de reziduuri vegetale în combustibil crește.

În toate calculele de inginerie termică, compoziția combustibilului este luată în funcție de masa sa de lucru, care este cea mai completă caracteristică a stării combustibilului înainte de arderea acestuia.

Clasificarea combustibilului

În funcție de natura utilizării, combustibilul este împărțit în energie, tehnologic și complex. ÎN în ultima vreme recurg din ce în ce mai mult la utilizarea energetică integrată a combustibilului, a cărei esență constă în faptul că combustibilul este supus în prealabil unei prelucrări tehnologice pentru a izola de acesta substanțe valoroase care sunt folosite ca materii prime pentru industria chimică. Produsul rezidual este utilizat ca combustibil energetic (în procesul de semi-cocsificare, prelucrare de șisturi bituminoase etc.)

În funcție de temperatura maximă obținută în timpul arderii complete, combustibilul poate avea o putere termică mare (mai mult de 2000 °C - gaze naturale, produse petroliere, cărbune) și o putere termică scăzută (sub 2000 °C - cărbune brun, turbă, lemn de foc) .

După starea lor de agregare, ele se împart în solide, lichide și gazoase. Combustibilul solid este format în principal din plante foarte organizate - lemn, frunze, ace de pin, etc. Părțile moarte ale plantelor foarte organizate sunt distruse de ciuperci cu acces liber la aer și se transformă în turbă - o masă liberă, vagă de humus, așa-numita acizi humici. Acumularea de turbă se transformă într-o masă maro, apoi în cărbune brun. Ulterior, sub influența presiunii înalte și a temperaturii ridicate, cărbunii bruni suferă transformări ulterioare, transformându-se în cărbuni tari și apoi în antracit. Combustibilii lichizi includ: produse petroliere produse prin distilarea țițeiului; creozotul, care este un produs al cocsării la temperatură joasă și al sublimării cărbunelui; uleiuri sintetice rezultate din lichefierea cărbunelui; alte tipuri de combustibil lichid, de exemplu, cele produse din plante (cartofi, rapiță etc.) Compoziția combustibilului gazos este exprimată prin conținutul de gaze individuale din acesta ca procent. Combustibilul gazos conține, de asemenea, atât partea sa combustibilă, cât și partea sa incombustibilă, care îi formează balastul.

Proprietățile combustibilului

1. Căldura de ardere

Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a combustibilului solid, lichid sau gazos în conditii normale, se numește căldură de ardere. Eliberarea de căldură în timpul arderii combustibilului se explică prin efectul termic al reacțiilor de ardere.

Nu toate componentele incluse în masa de lucru a combustibilului emit căldură în timpul arderii. Umiditatea din combustibil absoarbe căldură atunci când se transformă în abur; sulful, care face parte din sulfați, absoarbe și căldură în timpul disocierii lor. În mod convențional, se face distincția între limita cea mai înaltă a căldurii de ardere a combustibilului, dacă umiditatea din produsele de ardere este luată în considerare sub formă de lichid, și limita inferioară a căldurii de ardere, dacă umiditatea din produsele de ardere sunt luate în considerare ca abur.

Conținut de cenușă și umiditate

Cenușa și umiditatea reduc calitatea combustibilului și sunt impurități nedorite. Umiditatea reduce căldura de ardere și îngreunează aprinderea combustibilului; combustibilul umed este mai greu de transportat. Cenușa este o masă minerală. Poate fi conținut în substanța care a format combustibilul sau poate intra în el atunci când apare în intestinele pământului ca impuritate accidentală. De exemplu, cărbunii cu o structură poroasă, cum ar fi cărbunii bruni, conțin săruri cristalizate din apele subterane în porii lor. Cenușa previne arderea completă a combustibilului, formând un strat etanș pe suprafața bucăților de combustibil care arde. Dacă cenușa se topește, bucățile sale sinterizate formează zgură, care împiedică arderea cocsului chiar mai mult decât reziduul de cenușă sfărâmicios.

Conținut de sulf

Sulful este o impuritate nedorită în combustibil, în ciuda faptului că, sub formă de pirite de sulf, îi crește căldura de ardere. Când sulful arde, se formează dioxid de sulf toxic, a cărui prezență în zona de lucru, chiar și în cantități mici, înrăutățește condițiile de lucru. Prezența dioxidului de sulf în mediu în timpul tratamentului termic degradează calitatea produse finite. Într-un mediu umed la temperaturi scăzute, dioxidul de sulf formează vapori de acid sulfuric, care provoacă coroziunea pieselor metalice ale instalațiilor de încălzire.

Substanțe inflamabile volatile și reziduuri de cocs

Din combustibilul solid încălzit la o temperatură de 870-1070K fără acces la un oxidant, se eliberează substanțe gazoase-vapori, care se numesc volatile. Substanțele volatile sunt produșii de descompunere ai substanțelor organice complexe conținute în masa organică a combustibilului. Compoziția substanțelor volatile include azot molecular N2, oxigen O2, hidrogen H2, monoxid de carbon CO, gaze de hidrocarburi CH4, C2H4 etc., precum și vapori de apă formați din umiditatea conținută în combustibil.

Compoziția chimică substanțele volatile depinde de condițiile procesului de încălzire a combustibilului. Suma substanțelor volatile este desemnată cu V și se referă numai la masa combustibilă.

Reziduul solid care se obține după încălzirea combustibilului (fără acces la oxidant) și eliberarea de substanțe volatile se numește cocs. Cocs conține carbon rezidual și cenușă. În funcție de condițiile de încălzire, pe lângă cenușă, reziduul solid poate conține unele dintre elementele (C, N, Bl, N) care fac parte din compuși organici complecși, a căror descompunere termică necesită o temperatură mai mare. În acest caz, reziduul solid se numește char.

Conform propriilor lor proprietăți mecanice reziduul solid (cocs) poate fi pulverulent, ușor copt sau aglomerat. Proprietatea unor cărbuni (cocsificare) de a produce cocs sinterizat, rezistent din punct de vedere mecanic, este folosită pentru a produce cocs metalurgic utilizat în procesul de furnal.

Conceptul de combustibil convențional

Combustibilul convențional este un concept introdus pentru o comparație mai convenabilă specii individuale combustibili, însumându-le și stabilind înlocuirea cantitativă a unui tip de combustibil cu altul.

Ca unitate de combustibil standard, se ia 1 kg de combustibil cu o putere calorică de 7000 kcal/kg (29,3 MJ/kg). Relația dintre combustibilul convențional și combustibilul natural este exprimată prin formula:

unde By este masa cantității echivalente de combustibil standard, kg;

Vn - masa combustibilului natural, kg (combustibil solid și lichid) sau m3 (gazos);

Puterea calorică mai mică a unui combustibil natural dat, kcal/kg sau kcal/m3;

Echivalent caloric.

Conversia cantității de combustibil de un anumit tip într-unul standard se realizează folosind un coeficient egal cu raportul dintre conținutul de căldură al 1 kg de combustibil de un anumit tip și conținutul de căldură al 1 kg de combustibil standard.

Valoarea E se ia astfel: pentru ulei 1,4; cocs 0,93; turbă 0,4; gaze naturale 1.2.

Utilizarea combustibilului de referință este deosebit de convenabilă pentru compararea eficienței diferitelor centrale termice. De exemplu, în sectorul energetic este utilizată următoarea caracteristică - cantitatea de combustibil echivalent cheltuită pentru generarea unei unități de energie electrică. Această valoare de g, exprimată în g de combustibil standard la 1 kW × h de energie electrică este legată de randamentul instalației prin raportul:

Reducerea tuturor tipurilor de combustibil la echivalentul convențional sau la petrol face posibilă compararea indicatorilor tehnici și economici ai funcționării instalațiilor consumatoare de combustibil care utilizează diferite tipuri de combustibil. În plus, face posibilă compararea rezervelor și a producției diverse tipuri combustibili ținând cont de valoarea lor energetică. De asemenea, folosind combustibil standard, puteți crea un bilanț de combustibil sau balanța energetică totală a unei industrii, a unei țări și a lumii în ansamblu.

Procese de ardere

Procesul de ardere a combustibilului constă în arderea produselor intermediare ai descompunerii acestuia: substanțe combustibile volatile și un reziduu solid - cocs. Mai întâi ard volatilele, apoi coca-cola. Arderea substanțelor volatile este precedată de descompunerea lor atunci când sunt încălzite și mai mult substanțe simple, care ard cu o flacără în camera de ardere deasupra stratului de combustibil atunci când interacționează cu oxigenul din aer. O creștere a concentrației de oxigen în aer, o bună amestecare a substanțelor volatile cu acesta, îndepărtarea în timp util a produselor de combustie - toate acestea ajută la accelerarea procesului de ardere a substanțelor volatile.

Arderea combustibilului este o reacție chimică de combinare a elementelor combustibile combustibile cu un oxidant la temperatură ridicată, însoțită de degajare intensă de căldură. Oxigenul este folosit ca agent oxidant. Se știe că la temperaturi scăzute prezența combustibilului și a oxidantului nu asigură combinația lor chimică, numită ardere. Arderea începe numai după ce particulele s-au încălzit la o temperatură care le oferă o energie de activare E suficientă pentru a intra într-o reacție.

Arderea este în principal un proces chimic, deoarece... Ca urmare a apariției sale, apar modificări calitative ale compoziției maselor care reacţionează. Dar, în același timp, reacția chimică de combustie este însoțită de diverse fenomene fizice: transfer de căldură, transfer de difuzie al maselor reacționale etc. Timpul de ardere a combustibilului constă din timpul de combustie fizică ( ) și procese chimice ():

= .

Timpul necesar pentru ca procesele fizice să aibă loc constă în timpul necesar amestecării combustibilului cu oxidantul ( ) și timpul în care amestecul combustibil-aer este încălzit la temperatura de aprindere (tn):

tPHYS = tSM + tH

Timpul de ardere (tGOR) este determinat de viteza celui mai lent proces.

Arderea combustibilului gazos

Procesul de ardere al combustibilului gazos este omogen, adică atât combustibilul, cât și oxidantul sunt în aceeași stare de agregare și nu există o limită de fază. Pentru ca arderea să înceapă, gazul trebuie să intre în contact cu oxidant. În prezența unui oxidant, trebuie create anumite condiții pentru ca arderea să înceapă. Oxidarea componentelor inflamabile este posibilă și la temperaturi relativ scăzute. În aceste condiții, vitezele reacțiilor chimice sunt nesemnificative. Pe măsură ce temperatura crește, viteza reacțiilor crește. Când se atinge o anumită temperatură, amestecul gaz-aer se aprinde, vitezele de reacție cresc brusc și cantitatea de căldură devine suficientă pentru a menține spontan arderea. Temperatura minimă la care amestecul se aprinde se numește temperatură de aprindere. Valoarea acestei temperaturi pentru diferite gaze nu este aceeași și depinde de proprietățile termofizice ale gazelor combustibile, conținutul de combustibil din amestec, condițiile de aprindere, condițiile de îndepărtare a căldurii în fiecare dispozitiv specific etc. De exemplu, temperatura de aprindere a hidrogenul este în intervalul 820-870 K, iar monoxidul de carbon și metanul - 870-930 și, respectiv, 1020-1070 K.

Gazul combustibil amestecat cu oxidant arde într-o torță. O torță este un anumit volum de gaze în mișcare în care au loc procesele de ardere. Conform prevederi generale teoriile arderii disting două fundamental diverse metode arderea gazelor - cinetică și difuzie. Arderea cinetică se caracterizează prin amestecarea preliminară (înainte de ardere) a gazului cu oxidant. Gazul și oxidantul sunt mai întâi furnizate dispozitivului de amestecare a arzătorului. Amestecul este ars în afara mixerului. În acest caz, viteza procesului va fi limitată de viteza reacțiilor de combustie chimică.

Arderea prin difuzie are loc în timpul procesului de amestecare a gazului inflamabil cu aerul. Gazul intră în volumul de lucru separat de aer. Viteza procesului în acest caz va fi limitată de viteza de amestecare a gazului cu aerul.

Un tip de ardere prin difuzie este arderea mixtă (difuziune-cinetică). Gazul este preamestecat cu puțin aer. Acest aer se numește primar. Amestecul rezultat este introdus în volumul de lucru. Restul aerului (aerul secundar) intră acolo separat de acesta.

În cuptoarele unităților de cazane, principiile cinetice și mixte ale arderii combustibilului sunt mai des utilizate. Metoda difuziei este utilizată cel mai adesea în cuptoarele industriale tehnologice.

Arderea gazelor are loc într-o zonă îngustă numită front de ardere. Gazul, preamestecat cu oxidant, arde într-un front de ardere, care se numește cinetic. Acest front reprezintă interfața dintre amestecul de gaz proaspăt-aer și produsele de ardere. Suprafața frontului de ardere cinetică este determinată de viteza reacțiilor chimice.

În cazul arderii prin difuzie a gazului, se formează un front de ardere prin difuzie, care este interfața dintre produsele de ardere și un amestec de gaz cu produșii de ardere care se difuzează spre fluxul de gaz. Suprafața acestui front este determinată de viteza de amestecare a gazului cu oxidant.

Cea mai importantă caracteristică a arderii combustibilului gazos este viteza de propagare normală a flăcării - viteza cu care frontul de ardere se mișcă normal pe suprafața sa în direcția amestecului gaz-aer care se apropie. Principalii factori de care depinde viteza normală de propagare a flăcării sunt reactivitatea gazului, concentrația acestuia în amestec și temperatura de preîncălzire a amestecului.

Alte caracteristică importantă arderea amestecurilor gaz-aer - prezenta limitelor de concentratie. Există limite de inflamabilitate a concentrației inferioare (LEL) și superioare (UEL). Arderea gazului se oprește dacă concentrația acestuia în amestec este mai mică decât concentrația la LEL sau mai mare decât concentrația la ERV. Acest lucru se datorează faptului că la concentrații scăzute de gaz, căldura devine în mod clar insuficientă pentru a menține reacția. La concentrații mari de gaz, există o lipsă de oxidant, ceea ce duce și la o scădere a cantității de căldură și la o scădere a temperaturii în frontul de ardere sub temperatura de aprindere.

Arderea combustibilului solid

Procesul de ardere constă din următoarele etape:

Uscarea combustibilului și încălzirea acestuia la temperatura la care încep să se elibereze substanțele volatile;

Aprinderea substanțelor volatile și arderea acestora;

Încălzirea cocsului până se aprinde;

Arderea substanțelor inflamabile din cocs.

Dintre toate aceste etape, cea decisivă este etapa de ardere a reziduului de cocs, adică etapa de ardere a carbonului, a cărei intensitate determină intensitatea arderii combustibilului și gazeificarea în ansamblu. Rolul decisiv al arderii carbonului este explicat astfel.

În primul rând, carbonul solid conținut în combustibil este principala componentă combustibilă a aproape tuturor combustibililor solizi naturali. De exemplu, căldura de ardere a reziduului de cocs antracit este de 95% din căldura de ardere a masei combustibile. Odată cu creșterea randamentului de substanțe volatile, ponderea căldurii de ardere a reziduului de cocs scade și în cazul turbei se ridică la 40,5% din căldura de ardere a masei combustibile.

În al doilea rând, etapa de ardere a reziduului de cocs se dovedește a fi cea mai lungă dintre toate etapele și poate dura până la 90% din timpul total necesar arderii.

Și în al treilea rând, procesul de ardere a cocsului este crucial în crearea condițiilor termice pentru apariția altor etape. Prin urmare, baza construcție corectă metoda tehnologica arderea combustibililor solizi este creația conditii optime pentru procesul de ardere a carbonului.

Arderea combustibilului lichid

Fiecare combustibil lichid, la fel ca orice substanță lichidă, la o anumită temperatură are o anumită presiune a vaporilor deasupra suprafeței sale, care crește odată cu creșterea temperaturii.

Metoda de ardere a combustibilului lichid în stare atomizată are cea mai mare aplicație practică. Atomizarea combustibilului face posibilă accelerarea semnificativă a arderii acestuia și obținerea unor solicitări termice mari în volumele camerei de ardere datorită creșterii suprafeței de contact dintre combustibil și oxidant.

Punctul de fierbere al combustibililor lichizi este întotdeauna mai mic decât temperatura lor de autoaprindere, adică temperatura minimă a mediului din care combustibilul se aprinde și apoi arde fără o sursă de căldură externă. Această temperatură este mai mare decât temperatura de aprindere, la care combustibilul arde numai în prezența unei surse externe de aprindere (scânteie, bobină fierbinte etc.). Ca urmare, în prezența unui oxidant, arderea combustibililor lichizi este posibilă numai în stare de vapori. Această împrejurare este esențială pentru înțelegerea mecanismului procesului de ardere a combustibilului lichid. Acest proces poate fi împărțit în următoarele etape:

Încălzirea și evaporarea combustibilului;

Formarea unui amestec inflamabil (amestecarea vaporilor de combustibil cu un oxidant);

Aprinderea unui amestec inflamabil;

Arderea amestecului.

O picătură de combustibil lichid care intră într-un volum încălzit, a cărui temperatură este peste temperatura de autoaprindere, începe să se evapore parțial. Vaporii de combustibil se amestecă cu aerul pentru a forma un amestec abur-aer. Aprinderea are loc în momentul în care concentrația vaporilor din amestec atinge o valoare care depășește valoarea acesteia la limita inferioară a concentrației de aprindere. Arderea este apoi menținută spontan de căldura primită de picătură de la arderea amestecului combustibil. Începând din momentul aprinderii, viteza procesului de evaporare crește, deoarece temperatura de ardere a amestecului combustibil abur-aer depășește semnificativ temperatura inițială a volumului în care este introdus combustibilul atomizat.

Când un combustibil lichid cu suprafața liberă este aprins, vaporii acestuia conținuti în spațiul de deasupra suprafeței se aprind, formând o torță aprinsă. Datorită căldurii emise de torță, evaporarea crește brusc. Într-o stare constantă de schimb de căldură între torță și oglinda lichidă, cantitatea de combustibil care se evaporă și, prin urmare, arde, atinge o valoare maximă și apoi rămâne constantă în timp.

Temperatura unui combustibil lichid la care vaporii deasupra suprafeței sale formează un amestec cu aerul care se poate aprinde atunci când se aplică o sursă de aprindere se numește punct de aprindere.

Deoarece combustibilii lichizi ard în faza de vapori, în stare de echilibru viteza de ardere este determinată de viteza de evaporare a lichidului din oglinda acestuia.

Procesul de ardere a combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă are loc după cum urmează. Într-un regim de ardere constantă, din cauza căldurii emise de torță, combustibilul lichid se evaporă. Aerul din spațiul înconjurător pătrunde în fluxul ascendent de combustibil, care se află în faza de vapori, prin difuzie. Amestecul astfel obținut formează o torță aprinsă sub formă de con, distanțată la 0,5-1 mm de oglinda de evaporare. Arderea constantă are loc pe suprafața unde amestecul atinge o proporție corespunzătoare raportului stoechiometric dintre combustibil și aer. Această ipoteză rezultă din aceleași considerații ca și în cazul arderii gazelor de difuzie. Reacția chimică are loc într-un strat foarte subțire al frontului de flăcări, a cărui grosime nu depășește câteva fracțiuni de milimetru. Volumul ocupat de torță și zona de ardere este împărțit în două părți: în interiorul pistoletului există vapori de lichid inflamabil și produse de ardere, iar în afara zonei de ardere există un amestec de produse de ardere cu aer.

Arderea vaporilor de combustibil lichid care se ridică în interiorul pistoletului poate fi reprezentată ca fiind formată din două etape: alimentarea prin difuzie a oxigenului în zona de ardere și reacția chimică însăși care are loc în frontul de flăcări. Vitezele acestor două etape nu sunt aceleași: reacția chimică la temperaturi ridicate are loc foarte rapid, în timp ce furnizarea de oxigen prin difuzie este un proces lent, limitând viteza totală de ardere. În consecință, în acest caz, arderea are loc în regiunea de difuzie, iar viteza de ardere este determinată de viteza de difuzie a oxigenului în zona de ardere. Deoarece condițiile de alimentare cu oxigen în zona de ardere la arderea diverșilor combustibili lichizi de pe suprafața liberă sunt aproximativ aceleași, este de așteptat ca viteza de ardere a acestora în raport cu frontul flăcării, adică la suprafața laterală a lanternă, ar trebui să fie la fel. Cu cât rata de evaporare este mai mare, cu atât lungimea pistoletului este mai mare.

Caracteristica specifică arderea combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă are ca rezultat o subardere chimică mare. Arderea chimică insuficientă este în primul rând o consecință a lipsei generale sau locale de aer în zona de ardere. Fiecare combustibil, care este un compus de carbon atunci când este ars de pe o suprafață liberă, are propria sa valoare chimică de subcombustie, care este, %:

pentru alcool......... 5.3

pentru kerosen........ 17.7

pentru benzină........ 12.7

pentru benzen......... 18,5.

Tabloul apariției subcombustiei chimice poate fi prezentat astfel: hidrocarburile vaporoase, atunci când se deplasează în interiorul unei torțe în formă de con spre frontul de flăcări, în timp ce se află în zona temperaturilor ridicate în absența oxigenului, suferă descompunere termică până la formarea carbon și hidrogen liber.

Strălucirea flăcării este cauzată de prezența particulelor de carbon libere în ea. Acestea din urmă, încălzite din cauza căldurii generate în timpul arderii, emit lumină mai mult sau mai puțin strălucitoare. O parte din carbonul liber nu are timp să ardă și este transportat sub formă de funingine de către produsele de ardere, formând o torță fumurie. În plus, prezența carbonului determină formarea de CO. Temperatura ridicată și presiunea parțială scăzută a CO și CO2 în produsele de ardere favorizează formarea CO. Cantitățile de carbon și CO prezente în produsele de ardere determină cantitatea de subcombustie chimică. Cu cât este mai mare conținutul de carbon în combustibilul lichid și cu cât acesta este mai puțin saturat cu hidrogen, cu atât este mai mare formarea de carbon pur, cu atât torța este mai strălucitoare și cu atât este mai mare arderea chimică.

Astfel, studiile privind arderea combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă au arătat că:

Arderea combustibililor lichizi are loc după evaporarea lor în faza de vapori. Viteza de ardere a combustibililor lichizi de pe suprafața liberă este determinată de viteza de evaporare a acestora datorită căldurii emise de zona de ardere, în stare constantă de schimb de căldură între torță și oglinda de evaporare;

Viteza de ardere a combustibililor lichizi de pe suprafața liberă crește odată cu creșterea temperaturii de încălzire a acestora, odată cu trecerea la combustibili cu o intensitate mai mare de radiație a zonei de ardere, căldură de vaporizare și capacitate termică mai scăzută și nu depinde de dimensiunea și forma. a oglinzii de evaporare;

Intensitatea radiației din zona de ardere pe oglinda de evaporare care arde de pe suprafața liberă a combustibilului lichid depinde numai de proprietățile fizico-chimice ale acestuia și este o constantă caracteristică pentru fiecare combustibil lichid;

Stresul termic al frontului de difuzie deasupra suprafeței de evaporare a combustibilului lichid practic nu depinde de diametrul creuzetului și de tipul de combustibil;

Arderea combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă se caracterizează printr-o subcombustie chimică crescută, a cărei amploare este caracteristică fiecărui combustibil.

Tinand cont de faptul ca arderea combustibililor lichizi are loc in faza de vapori, procesul de ardere a unei picaturi de combustibil lichid poate fi reprezentat astfel. O picătură de combustibil lichid este înconjurată de o atmosferă saturată cu vapori ai acestui combustibil. O zonă de ardere este stabilită în apropierea picăturii de-a lungul suprafeței sferice. Reacția chimică a amestecului de vapori de combustibil lichid cu oxidantul are loc foarte rapid, astfel încât zona de ardere este foarte subțire. Viteza de ardere este determinată de cea mai lentă etapă - rata de evaporare a combustibilului. În spațiul dintre picătură și zona de ardere există vapori de combustibil lichid și produse de ardere. În spațiul din afara zonei de ardere există aer și produse de ardere. Vaporii de combustibil difuzează în zona de ardere din interior, iar oxigenul difuzează din exterior. Aici aceste componente ale amestecului intră într-o reacție chimică, care este însoțită de eliberarea de căldură. Din zona de ardere, căldura este transferată spre exterior și către picătură, iar produsele de ardere difuzează în spațiul înconjurător și în spațiul dintre zona de ardere și picătură. Cu toate acestea, mecanismul transferului de căldură nu pare încă clar.

O serie de cercetători cred că evaporarea unei picături arzătoare are loc datorită transferului molecular de căldură printr-o peliculă limită stagnantă la suprafața picăturii.

Pe măsură ce picătura se arde din cauza scăderii suprafeței, evaporarea totală scade, zona de ardere se îngustează și dispare când picătura se arde complet.

Așa are loc procesul de ardere a unei picături de combustibil lichid complet evaporat, fiind în repaus în mediu sau deplasându-se cu acesta cu aceeași viteză.

Cantitatea de oxigen care se difuzează pe suprafața sferică, celelalte lucruri fiind egale, este proporțională cu pătratul diametrului său, prin urmare, stabilirea unei zone de ardere la o anumită distanță de picătură determină o viteză mai mare a arderii acesteia comparativ cu aceeași particulă de solid. combustibil, în timpul arderii căruia reacția chimică are loc practic pe suprafața însăși.

Viteza de ardere a unei picături de combustibil lichid este determinată de rata de evaporare, iar timpul de ardere al acesteia poate fi calculat pe baza ecuației de echilibru termic pentru evaporarea sa datorită căldurii primite din zona de ardere.

Astfel, procesul de ardere a combustibilului lichid poate fi împărțit în următoarele faze:

pulverizare de combustibil lichid;

evaporarea și formarea unui amestec gaz-aer;

aprinderea amestecului inflamabil și arderea acestuia din urmă.

Temperatura și concentrația amestecului gaz-aer variază pe secțiunea transversală a jetului. Pe măsură ce vă apropiați de limita exterioară a jetului, temperatura crește și concentrația componentelor amestecului combustibil scade. Viteza de propagare a flăcării într-un amestec abur-aer depinde de compoziție, concentrație și temperatură și atinge valoarea maximă în straturile exterioare ale jetului, unde temperatura este apropiată de temperatura gazelor de ardere din jur, în ciuda faptului că aici amestecul combustibil este puternic diluat cu produse de ardere. Prin urmare, aprinderea într-o flacără de ulei începe de la rădăcină de la periferie și apoi se răspândește adânc în jet pe toată secțiunea transversală, ajungând pe axa acesteia la o distanță considerabilă de duză, egală cu mișcarea jetului central în timp. de propagare a flăcării de la periferie spre axă. Zona de aprindere ia forma unui con alungit, a cărui bază este situată la mică distanță de secțiunea de ieșire a ambazurei arzătorului.

Poziția zonei de aprindere depinde de viteza amestecului; zona ocupa o pozitie in care in toate punctele sale se stabileste un echilibru intre viteza de propagare a flacarii si viteza de miscare. Jeturile centrale, care au cea mai mare viteză, se atenuează pe măsură ce se deplasează prin spațiul de ardere, determinând lungimea zonei de aprindere de locul în care viteza scade la valoarea absolută a vitezei de propagare a flăcării.

Arderea părții principale a hidrocarburilor vaporoase are loc în zona de aprindere, care ocupă stratul exterior al pistolului de grosime mică. Arderea hidrocarburilor cu greutate moleculară mare, funingine, carbon liber și picături de combustibil lichid neevaporat continuă dincolo de zona de aprindere și necesită anumit spațiu, determinând lungimea totală a torței.

Zona de aprindere împarte spațiul ocupat de lanternă în două zone: interioară și externă. În regiunea internă are loc procesul de evaporare și formare a unui amestec inflamabil.

În regiunea internă, hidrocarburile vaporoase sunt supuse încălzirii, care este însoțită de oxidare și scindare. Procesul de oxidare începe la temperaturi relativ scăzute - aproximativ 200-300°C. La temperaturi de 350-400°C și peste, are loc procesul de scindare termică.

Procesul de oxidare a hidrocarburilor favorizează procesul de ardere ulterior, deoarece aceasta eliberează o anumită cantitate de căldură și crește temperatura, iar prezența oxigenului în compoziția hidrocarburilor favorizează oxidarea ulterioară a acestora. Dimpotrivă, procesul de descompunere termică este nedorit, deoarece hidrocarburile cu greutate moleculară mare formate în acest proces sunt greu de ardat.

Dintre combustibilii petrolieri, numai păcura este folosită în sectorul energetic. Păcura este un reziduu din distilarea uleiului la o temperatură de aproximativ 300°C, dar datorită faptului că procesul de distilare nu are loc complet, păcură la temperaturi sub 300°C eliberează totuși o anumită cantitate de vapori mai ușori. Prin urmare, atunci când un jet de păcură pulverizat intră în cuptor și este încălzit treptat, o parte din acesta se transformă în vapori, iar unele pot fi încă în stare lichidă chiar și la o temperatură de aproximativ 400°C.

Prin urmare, atunci când ardeți păcură, este necesar să se promoveze apariția reacțiilor oxidative și să se prevină în orice mod posibil descompunerea termică la temperaturi ridicate. Pentru a face acest lucru, tot aerul necesar arderii ar trebui să fie furnizat la rădăcina torței. În acest caz, prezența unei cantități mari de oxigen în regiunea internă va favoriza, pe de o parte, procesele oxidative, iar pe de altă parte, va scădea temperatura, ceea ce va determina scindarea moleculelor de hidrocarburi mai simetric, fără formarea de o cantitate semnificativă de hidrocarburi cu greutate moleculară mare greu de ars.

Amestecul rezultat din arderea păcurului conține abur și hidrocarburi gazoase, precum și compuși solizi formați ca urmare a defalcării hidrocarburilor (adică, toate cele trei faze - gazoasă, lichidă și solidă). Aburul și hidrocarburile gazoase, amestecate cu aerul, formează un amestec inflamabil, a cărui combustie poate avea loc în toate moduri posibile arderea gazelor. CO format în timpul arderii picăturilor de lichid și a cocsului arde în mod similar.

Într-o torță, picăturile sunt aprinse din cauza încălzirii convective; În jurul fiecărei picături se stabilește o zonă de ardere. Arderea unei picături este însoțită de subardere chimică sub formă de funingine și CO. Picăturile de hidrocarburi cu greutate moleculară mare, atunci când sunt arse, produc un reziduu solid - cocs.

Compușii solizi formați în torță - funingine și cocs - ard în același mod în care are loc arderea eterogenă a particulelor de combustibil solid. Prezența particulelor de funingine încălzite face ca lanterna să strălucească.

Hidrocarburile libere și funinginea într-un mediu cu temperatură ridicată pot arde dacă există suficient aer. În cazul unei lipse locale de aer sau a unei temperaturi insuficient de ridicate, acestea nu ard complet cu o anumită incompletitudine chimică a arderii, înnegrind produsele de ardere - o torță fumurie.

Subarderea chimică, caracteristică arderii combustibililor lichizi de pe o suprafață liberă la arderea lor într-o torță, poate și trebuie redusă la aproape zero prin măsuri de regim adecvate.

Astfel, pentru a intensifica arderea păcurului, este necesară o bună atomizare. Preîncălzirea aerului și a păcurului promovează gazeificarea păcurului, prin urmare va favoriza aprinderea și arderea. Tot aerul necesar arderii ar trebui să fie furnizat la rădăcina pistoletului. Temperatura în flacără trebuie menținută la un nivel suficient nivel înalt iar pentru a asigura finalizarea intensivă a procesului de ardere la capătul pistoletului trebuie să fie de minim 1000-1050°C.

Concluzie

Pe baza celor de mai sus se pot trage următoarele concluzii. Combustibilul este o substanță care, atunci când este arsă, eliberează căldură din care se poate obține energie. Combustibilul poate fi în trei stări fizice: solid, lichid și gazos, fiecare putând avea propria sa compoziție moleculară. Procesul de ardere pentru aceste tipuri de combustibil are loc diferit. Astfel, la combustibilii solizi, procesul de ardere trece prin următoarele etape: uscarea combustibilului și încălzirea la temperatura la care încep să apară substanțele volatile; aprinderea substanțelor volatile și arderea acestora; încălzirea cocsului până se aprinde; arderea substanțelor inflamabile din cocs. Ultima etapă este cea principală, deoarece determină intensitatea arderii combustibilului și a gazeificării în ansamblu.

Combustibilul lichid este de obicei ars în stare atomizată. Atomizarea combustibilului face posibilă accelerarea semnificativă a arderii acestuia și obținerea unor solicitări termice mari în volumele camerei de ardere datorită creșterii suprafeței de contact dintre combustibil și oxidant. Arderea combustibililor lichizi are loc după evaporarea lor în faza de vapori. Viteza de ardere a combustibililor lichizi de pe suprafața liberă crește odată cu creșterea temperaturii de încălzire a acestora.

Arderea gazelor se realizează în camera de ardere, unde amestecul combustibil este alimentat prin arzătoare. În spațiul de ardere, ca urmare a unor procese fizice și chimice complexe, se formează un flux de gaz care arde, numit torță. În funcție de metoda de furnizare a aerului necesar arderii, este posibil următoarele tipuri ardere cu gaze: arderea unui amestec omogen de gaze, atunci când se arde un amestec de gaz combustibil prepreparat; arderea prin difuzie a gazelor, atunci când gazul și aerul sunt furnizate separat; arderea unui amestec de gaze cu o cantitate insuficientă de aer, atunci când gazul este furnizat amestecat cu aer, dar cantitatea acestuia din urmă nu este suficientă pentru arderea completă.

Arderea tuturor tipurilor de combustibili face posibila obtinerea energie termică, care poate fi util în toate industriile, dar duce și la consecințe negative, deoarece în timpul arderii sunt eliberate substanțe nocive în atmosferă.

De asemenea, merită remarcat combustibilul de referință, care vă permite să comparați valoarea termică a diferitelor tipuri de combustibili fosili.

Referințe

1. Optimizarea aprovizionării cu gaze urbane (Lyaukonis A. Yu.) Referent: Doctor în Inginerie. științe, prof. A. Yu. Garlyauskas L.: Nedra, 1989

Echipament termic, Tsypkov V.Sh. Fokin K.F.; Moscova „Stroyizdat”, 1973

Resursa de internet: www.knowhouse.ru

Resursa de internet: www.belenergetics.ru

Resursa de internet: www.xumuk.ru/teplotehnika/051

Resursa de internet: www.bibliotekar.ru/spravochnik-4/27

Îndrumare

Ai nevoie de ajutor pentru a studia un subiect?

Specialiștii noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe teme care vă interesează.
Trimiteți cererea dvs indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.

Combustibilii energetici sunt înțeleși ca substanțe inflamabile care sunt fezabile din punct de vedere economic pentru a genera energie termică și electrică. În funcție de starea lor de agregare, combustibilii sunt împărțiți în solizi, lichizi și gazoși. După origine - naturală, formată din resturi de origine vegetală și animală pe o perioadă lungă de timp, și artificială, obținută ca urmare a prelucrării combustibililor naturali. Primele includ cărbunele, petrolul și gazele naturale. Al doilea include cocs, brichete, deșeuri de preparare a cărbunelui, motorină, păcură, furnal, cocs și gaze generatoare.

Combustibilul este format din părți combustibile și minerale și umiditate. Compoziția părții combustibile include carbon C, hidrogen H și sulf S, care sunt în compuși complecși cu oxigen O și azot N. O caracteristică importantă a combustibilului este căldura de ardere. Căldura de ardere - cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a combustibilului. Se face o distincție între valorile calorice mai mici și cele mai mari.

Carbonul este partea principală a combustibilului. Cu cât este mai mult în compoziție, cu atât căldura de ardere a combustibilului este mai mare. Conținutul de carbon în greutate în combustibilii solizi variază de la 25 (șisturi și turbă) la 70% (antracit). Hidrogenul este conținut în combustibil într-o cantitate mică de 2-10%. Căldura sa de ardere este de 4 ori mai mare decât cea a carbonului. Oxigenul este inclus în combustibil sub formă de diverși compuși, inclusiv cu elemente combustibile, ceea ce reduce cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii combustibilului. Prin urmare, oxigenul este clasificat drept balast combustibil. Azotul este, de asemenea, clasificat ca balast combustibil. Conținutul său este scăzut (în combustibil solid până la 3% din greutate). În timpul arderii, cea mai mare parte a azotului din combustibil se transformă în oxizi toxici N0 și N0*.

Sulful, în funcție de tipul de compus în care este inclus, se împarte în S0 organic dacă este asociat cu carbon, hidrogen, azot și oxigen; pirita SK - un compus cu fier (de obicei pirita de fier); sulfat Sc, găsit sub formă de compuși FeS04, MgS04, CaS04. Sulful, care face parte din compușii organici și pirit, participă la procesul de ardere, eliberând căldură și formând dioxid de sulf.

anhidride S02 și S03 sulfurice. Prin urmare, sulful organic și pirit este adesea numit combustibil volatil

Sulful, care face parte din FeS04, MgS04, CaS04 etc., nu arde, așa că atunci când arde combustibil, sulfații practic nu se descompun. În combustibilul solid conținutul de sulf ajunge la 5%, în combustibilul lichid la 3,5%. Prezența sulfului în combustibil este nedorită, deoarece oxizii S02 și S03 formați în timpul arderii sulfului în prezența umidității produc soluții de acid sulfuros și sulfuric, care provoacă coroziunea conductelor suprafețelor de încălzire ale arborelui convectiv al cazan și au un efect nociv asupra mediului.

Partea minerală a combustibilului se referă la impurități incombustibile. Numărul acestora depinde de originea combustibilului și de tehnologia de extracție a acestuia. Există impurități minerale interne formate în timpul formării unui zăcământ de cărbune și impurități minerale externe care au intrat în combustibil în timpul extracției acestuia din straturile de rocă adiacente. Impuritățile minerale interne, spre deosebire de cele externe, sunt distribuite destul de uniform în combustibil și, prin urmare, practic nu pot fi separate de masa combustibilă.

Când combustibilul arde, cenușa A se formează din impuritățile minerale. Caracterizează partea minerală a combustibilului. Conținutul de cenușă A din combustibil este determinat de cantitatea de reziduu solid obținut după arderea unei mostre de combustibil preuscat de o anumită masă într-un creuzet de platină și calcinarea ulterioară la o masă constantă la o temperatură de 800 °C. La proiectarea cazanelor și, în primul rând, a focarelor acestora, caracteristicile de temperatură ale fuzibilității cenușii sunt importante. Depinde de compoziția cenușii și de mediul gazos care o înconjoară. Fuzibilitatea se evaluează pe baza temperaturilor a trei stări de cenuşă: U - începutul deformării; t2 - începutul înmuierei; t3 - stare de topire lichidă:

Pentru a lua măsuri de prevenire a contaminării suprafețelor de încălzire situate în spatele focarului, este important să se cunoască temperatura de solidificare a cenușii. De obicei, această temperatură este cu 50 °C sub t2. Când combustibilul arde într-un cuptor într-o zonă cu temperatură ridicată, are loc topirea parțială sau completă a cenușii. O parte din el este dusă cu produsele de ardere din cuptor. Cenușa rămasă, parțial în descompunere, este topită sau sinterizată în zgură, care este apoi îndepărtată în stare lichidă sau solidă din fundul cuptorului. Sub influența temperaturilor ridicate, oxizii conținuti în zgură, împreună cu alte substanțe, formează compuși multicomponenti, iar temperatura de topire a zgurii diferă de temperatura ts a stării de topire lichidă a cenușii. În cuptoarele cu îndepărtare a zgurii lichide, pentru curgerea liberă a zgurii din cuptor, temperatura acestuia trebuie să fie mai mare decât temperatura ts a stării lichid-fuzibile a cenușii. Această temperatură se numește temperatura /nz de îndepărtare normală a zgurii lichide, este determinată de 22

Compoziția chimică a zgurii. De regulă, = ta + (100-4-200) °C.

Umiditatea W, ca și partea minerală, este balast combustibil. Își reduce căldura de ardere. În plus, o parte din căldura combustibilului ars este consumată pentru a-l evapora. Umiditatea conținută în combustibil este împărțită în externă și internă (higroscopică). Umiditatea externă intră în combustibil în timpul extracției, transportului și depozitării acestuia. Cantitatea sa variază foarte mult, 1-40%. Umiditatea externă poate fi îndepărtată din combustibil prin uscare. Umiditatea internă este asociată atât cu partea organică a combustibilului, cât și cu partea minerală. Include umiditate coloidală și hidratată. Umiditatea coloidală formează geluri cu combustibilul. Cantitatea acestuia depinde de natura și compoziția combustibilului, de conținutul/umiditatea din aerul atmosferic. Umiditatea hidratului este legată chimic de impuritățile minerale ale combustibilului. Conținutul său este mic. La uscarea combustibilului, o parte din umiditatea coloidală se evaporă, dar conținutul de umiditate hidrat nu se modifică.

Combustibilii solizi umezi pierd umiditatea atunci când sunt expuși la aer, în timp ce cei uscați o câștigă. Aceste procese apar înainte ca echilibrul să apară între presiunea parțială a vaporilor de apă din aer și combustibil. Combustibilul cu umiditate obținută în acest mod se numește uscat la aer. Dacă combustibilul uscat la aer este încălzit la presiunea atmosferică la o temperatură de 105 ° C, atunci toată umezeala din combustibil va fi practic îndepărtată. Cantitatea de umiditate îndepărtată din combustibilul uscat cu aer se numește umiditate higroscopică WrH.

Compoziția combustibilului în forma în care este furnizat centralei termice, exprimată ca un set de elemente și componente individuale (în greutate pentru combustibil solid și lichid), se numește masa de lucru a combustibilului:

TOC o "1-3" h z cp + No. + Sp 4-Op + Np + Wp + Ap = 100%. (1)

Dacă umiditatea externă și internă este îndepărtată din combustibil, atunci masa uscată are următoarea compoziție:

Cc-j-Hc-fSc + Oc-fNc+Ac = 100 o/0. (2)

Prin excluderea cenușii din masa uscată, obținem o masă combustibilă de combustibil

Cr + Hr + Sr + Or-f Nr.= 100%. (3)

Dacă sulful de pirit este separat de masa combustibilă, masa de combustibil rămasă se numește masă organică

Cg + Ng + Og + Nu = 100%. (4)

Compoziția maselor de lucru și uscate ale aceluiași combustibil, în funcție de condițiile de producție și de vreme, poate fluctua în limite destul de largi. Compoziția masei combustibile a combustibilului este constantă. Prin urmare, este utilizat pentru a efectua conversia în masă uscată și de lucru. Formule pentru recalcularea compoziției, de exemplu, de la lucru

Masele uscate sunt ușor de obținut, deoarece 1 kg de masă de lucru conține (100-Nr)/100 (kg) masă uscată de combustibil. Prin urmare,

CP + Нр + Sp + О" + Np + W" Н - А" _ 100 ~

C + ns -)- sc + os + ne + ac 100 - w" 100 100 "

Miercuri = CC(100- Wp)/100: HP = NS(100-Wp)/100

Factorul de conversie (100 -Wp)/100 este constant pentru toate elementele de combustibil. Factorii de conversie pentru compoziția combustibililor solizi și lichizi de la o masă la alta sunt prezentați în tabel. 2.

Dacă combustibilul este încălzit fără acces la aer, atunci, ca urmare a separării termice a compușilor instabili de hidrocarburi care conțin oxigen, se eliberează substanțe volatile și rămâne un reziduu solid nevolatil. Randamentul substanțelor volatile și proprietățile reziduului solid sunt caracteristici termice importante ale combustibililor solizi.

Randamentul de substanțe volatile este determinat de scăderea masei combustibile a combustibilului atunci când acesta este încălzit timp de 7 minute fără acces la aer la o temperatură de 850 °C și se exprimă în % din masa combustibilă a combustibilului. Compușii volatili includ de obicei hidrogen, hidrocarburi, monoxid de carbon și dioxid de carbon. Cantitatea de substanțe volatile eliberate și temperatura de la începutul eliberării lor depind de vârsta combustibilului. Cu cât randamentul de substanțe volatile este mai mare și temperatura la care încep să fie eliberate mai scăzută, cu atât combustibilul se aprinde mai ușor. Cel mai mare randament al volatilelor și cel mai mare - 24

Combustibilii tineri au o temperatură mai scăzută la care încep să apară: pentru turbă Vr„ = 70%, *out = 100-g - PO °C; pentru cărbune brun.Utya = « 40-1-65%; W 130-170 °C.

Reziduul solid care rămâne după eliberarea substanțelor volatile din combustibil poate fi aglomerat, ușor aglomerat și sub formă de pulbere. Doar unii cărbuni produc un reziduu dens sinterizat cu un număr mare de pori, numit cocs.

Căldura de ardere a combustibilului este determinată experimental. Cantitatea de căldură degajată depinde de starea finală a produselor de ardere și, în special, de starea de agregare a umidității (sub formă de abur sau apă). În acest sens, se face o distincție între Qb mai mare și putere calorică mai mică.

Diferența dintre Qjj și Ql este că primul ia în considerare căldura care este eliberată în timpul condensării vaporilor de apă (umiditatea din produsele de ardere este sub formă de apă), iar al doilea nu ia în considerare această căldură. Deoarece temperatura produselor de ardere în cazan este destul de ridicată și nu are loc condensarea vaporilor de apă, căldura consumată la evaporarea umidității se pierde. Prin urmare, în calculele termice se utilizează puterea calorică mai mică a combustibilului de lucru. Dacă Qb este cunoscut, atunci = Ql - 25,2 (Wp/100 + 9H7I00),

Unde 25,2 (Wp/100 +9№/100) este cantitatea de căldură consumată la evaporarea umidității (Wp/SO) conținută în combustibil și apă (9НР/100) formată în timpul arderii hidrogenului, kJ/kg;

25,2 MJ/kg este valoarea căldurii latente de vaporizare pentru apă la o presiune de 0,1 MPa.

În absența datelor experimentale, o valoare aproximativă pentru combustibil solid și păcură poate fi găsită folosind formula propusă de D. N. Mendeleev,

QS = 0,339CP + 1,03CP - 0,109 (Sau - Sp) - 0,259WP.

Pentru comparație diverși combustibili utilizați conceptul de combustibil convențional, adică combustibil a cărui putere calorică este egală cu

29,3 MJ/kg. Conceptul de combustibil echivalent este utilizat la determinarea diverselor resurse de combustibil, la compararea consumului specific de combustibil pe unitatea de energie generată și la efectuarea calculelor tehnice și economice. La evaluare comparativă calitatea combustibilului, caracteristicile combustibililor reduse la cea mai mică putere calorică % kg/MJ sunt convenabile:

Wn = Wp/Qp„; Ap = Ap/Qp; Sn = SP/QH-

Caracteristicile date ale combustibililor Wn, A" și S" arată cât de multă umiditate, cenușă și sulf reprezintă 1 MJ de putere calorică mai mică, în % din masa de lucru a combustibilului. În funcție de umiditatea dată, combustibilii sunt considerați a fi: umiditate scăzută cu W" = 0,7% - kg/MJ, umiditate medie cu Wn = 0,7h - 1,89% kg/MJ, umiditate ridicată cu Wn > 1,89%■ kg /MJ.

Combustibilul solid se caracterizează prin abraziune - capacitatea, atunci când este în contact cu alte materiale, de a provoca uzura acestora din urmă, care depinde de cantitatea de sulf de pirit și cenușă conținută în acesta și de compoziția sa. Această caracteristică a combustibilului este importantă pentru alegerea echipamentelor pentru un sistem de pregătire a prafului.

Duritatea combustibilului solid și rezistența acestuia la strivire (măcinare) sunt caracterizate de coeficientul de capacitate de măcinare &lo (raport consum specific energie electrică cheltuită pentru măcinarea antracitului până la consumul specific de energie necesar pentru măcinarea combustibilului în cauză). Cu cât combustibilul este mai moale, cu atât valoarea kno este mai mare. Acest indicator de combustibil este luat în considerare la proiectarea sistemelor de pregătire a prafului și, în primul rând, la alegerea tipului și a performanței echipamentului de măcinat.

Densitatea combustibilului solid (în kg/m3), ca una dintre caracteristicile sale, este utilizată pe scară largă în calculele sistemelor de încărcare, depozitare și alimentare cu combustibil la sistemele de preparare a prafului. Există densități aparente și în vrac. Densitatea aparentă se referă la masa pe unitate de volum a unei piese de combustibil cu pori interni umpluți cu aer și umiditate. Densitatea în vrac este masa de combustibil conținută într-o unitate de volum umplută cu bucăți de combustibil, adică ia în considerare și volumul de aer dintre bucățile de combustibil.

Combustibilii solizi fosili sunt împărțiți în turbă, cărbune brun, cărbune și antracit. Turba este din punct de vedere geologic cel mai tânăr combustibil solid. Se caracterizează printr-un grad scăzut de descompunere a reziduurilor organice și o căldură de ardere relativ scăzută, un conținut ridicat de substanțe volatile (Vl și 70%), hidrogen (Nr = 5h-6%), oxigen (Og > 30%) și azot (Nr = 2-^ 2,5%) Turba se caracterizează prin higroscopicitate și umiditate foarte ridicate (Wp = 35-=-60%).

Cărbunii bruni (gradul B) includ cărbunii cu o putere calorică mai mare a masei de lucru fără cenușă Q|l00/(l00 - Ar)< < 23,9 МДж/кг. По геологическому происхождению они близки к торфу. В бурых углях достаточно велико содержание летучих (К = 65-М0 %), водорода (Нг = 4-f-6,5 % и более) и кислорода (Ог = 15ч-30 %). Они отличаются высокой гигроскопичностью и влажностью, содержание углерода достаточно велико (Сг = = 55-^78 %), а количество слаборазложившихся растительных остатков мало. По влажности бурые угли классифицируют: Б1 - с влажностью более 40 %; Б2 - с влажностью 30-40 % и БЗ - с влажностью менее 30 %.

; Cărbunii tari includ cărbuni cu 100/(100 - Ar) > > 23,9 MJ/kg. Se caracterizează prin conținut ridicat de carbon (75-97%), densitate și putere calorică. Pe măsură ce conținutul de carbon crește, proporțiile de oxigen, hidrogen și substanțe volatile din combustibil scad. Prin randamentul volatil, luând în considerare capacitatea 26

La sinterizarea reziduului solid se adoptă următoarea clasificare a cărbunilor: cu flacără lungă (D), gaz (G), gaz gras (GZh), gras (Zh), cocs gras (KZh), cocs (K), sinterizare îmbogățită (OS), slab aglomerat (SS), slab (T). Pe măsură ce trecem de la cărbunii de grad D la T, randamentul volatil se modifică de la 36% sau mai mult (D) la 9-17% (T), iar umiditatea, respectiv, de la 14 la 5%.

Semiantracitele (PA) și antracitele (A) includ cărbuni cu QE 100/(100 - Ap) > 23,9 MJ/kg și un randament volatil mai mic de 9%. Conțin 89-f-92,5% Cr, 2-b3 0,6% Hr, 0,8-f-l, 3% Nr, 2,2-5% Or, 0,64-0,9% Sr.

Semiantracitul are un randament volatil de peste 5% și o putere calorică mai mare decât antracitul. PA și A sunt combustibili de calitate superioară; deşeurile lor sunt folosite în cazane de energie.

După mărimea pieselor obținute în exploatare, cărbunele se clasifică astfel: placă (P), mare (K), nucă (O), mică (M), sămânță (S), bucată (W) și obișnuită (R). ). Dimensiunea pieselor de cărbune din clasa K la clasa W scade de la 50-100 la 6-13 mm. În clasa W, bucățile de cărbune sunt mai mici de 6 mm, iar în clasa P, dimensiunea pieselor este nelimitată și poate fi de 0-200 (300) mm. În tabel Tabelul 3 prezintă caracteristicile combustibililor solizi din unele zăcăminte.

Combustibilul lichid se caracterizează prin vâscozitate convențională și puncte de turnare și aprindere. Vâscozitatea condiționată este de obicei exprimată în grade convenționale (RC). Este definit ca raportul dintre timpul de curgere a unui anumit volum (2-10-4 m3) de combustibil lichid și timpul de curgere a aceluiași volum de apă la o temperatură de 20 ° C.

Vâscozitatea nominală a combustibilului de energie lichidă (pacură) este de obicei inclusă în etichetarea acestuia. Astfel, numerele de după litera M în mărcile de păcură (de exemplu, M 40 și M 200) sunt vâscozitatea condiționată la o temperatură de 50 ° C (40 și, respectiv, 200 ° VU). Vâscozitatea condiționată depinde foarte mult de temperatură:

°VU, = °VUBO(50/g)p,

Unde °Byj este vâscozitatea condiționată a combustibilului lichid la temperatura °ВУ50 este vâscozitatea condiționată la t = 50 °C; n este un exponent în funcție de valoarea lui °ВУ50.

Mai jos sunt valorile vâscozității condiționate °ВУ50 la diferite p

„VUy................................................. 2 5 10 15 20

I. ................................................ 1,8 2,3 2,6 2,75 " 2,86

Pentru atomizarea de înaltă calitate și transportul fiabil al combustibilului lichid prin conducte, vâscozitatea acestuia nu trebuie să depășească 2-3 °VV. Pentru a îndeplini această condiție, este necesară preîncălzirea combustibilului. Temperatura de încălzire a păcurului depinde de marcă și este de 80-140 °C.

Punctul de curgere este temperatura minimă la care un lichid își pierde fluiditatea, iar drenarea și pomparea acestuia devin imposibile. Pentru păcură, această temperatură depinde de marcă și variază între 5-25 °C.

Punctul de aprindere este temperatura la care vaporii de combustibil lichid amestecați cu aer se aprind la contactul cu o flacără. Pentru păcură, punctul de aprindere este de 80-140 °C. Când sistemul de încălzire cu păcură este deschis, temperatura acestuia ar trebui să fie cu 10-15 °C sub punctul de aprindere.

Trei grade de păcură sunt folosite ca combustibil lichid artificial în cazane: M40, Ml00 și M200 - un reziduu greu de la distilarea uleiului obținut după separarea fracțiunilor ușoare din acesta (benzină, kerosen, legroin etc.). Păcura este un combustibil cu conținut scăzut de cenușă și aproape anhidru. Este clasificat în funcție de conținutul de compuși ai sulfului și de vâscozitate. Pe baza cantității de compuși care conțin sulf, păcură este împărțită în cu conținut scăzut de sulf (Sc< 0,5 %), сернистый (Sc = 0,5-2 %) и высокосернистый (Sc >2%). „Principalele direcții de dezvoltare economică și socială a URSS pentru 1986-1990 și pentru perioada până în 2000” indică necesitatea reducerii semnificative a utilizării păcurului ca combustibil, în primul rând la centralele termice.

Combustibilul gazos este un amestec de inflamabile (hidrogen H2, hidrocarburi metanice, hidrocarburi grele CHA, hidrogen sulfurat H2S și monoxid de carbon CO), o cantitate mică de gaze neinflamabile (oxigen Oa, azot Na, dioxid 28).

Carbon C02 și vapori de apă H20). Compoziția sa este scrisă sub forma compușilor săi constitutivi (în % volum). Toate calculele sunt efectuate pe baza unei unități de volum de gaz uscat luat în condiții normale (presiune 0,1 MPa și temperatură 20 °C)

СН4 + С2Нв + С3Н8 + ■ ■+ Н2 + H2S + CO + N2 + С02 +

Căldura de ardere a combustibilului gazos în condiții normale și conținutul cunoscut de gaze incluse în compoziția sa este

QM = 0,01)